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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Stereomikroskop, insbesondere ein Operationsmikroskop in der Augenchirurgie, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein mit einer derartigen Beleuchtungseinrichtung ausgebildetes Stereomikroskop, insbesondere Operationsmikroskop.
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Beim Einsatz von Stereomikroskopen als Operationsmikroskopen in der Augenchirurgie soll für bestimmte Anwendungen der Winkel zwischen der Beleuchtungsachse und der Beobachtungsachse des Mikroskops möglichst klein gehalten werden. Hiermit wird erreicht, dass die senkrecht auf das Auge fallenden Lichtstrahlen von der Netzhaut diffus reflektiert werden, und dadurch die Linsenkapsel des Auges in einem rötlichen Durchlicht erscheint. Dieser Effekt wird auch als "Red-Reflex" bezeichnet. Die Qualität dieses Red-Reflexes ist beispielsweise in der Katarakt-Extraktion von entscheidender Bedeutung. Bei dieser Operation müssen nach dem entfernen der Augenlinse sämtliche Gewebereste vom Auge entfernt werden. Dies gelingt nur dann, wenn diese Gewebereste ausreichend optisch kontrastiert dargestellt werden.
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Stand der Technik
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Aus der
EP 0 661 020 B1 ist eine schaltbare Beleuchtungseinrichtung für ein Operationsmikroskop in der Augenchirurgie bekannt. Der Aufbau dieser Beleuchtung entspricht einem Köhlerschen Beleuchtungssystem, wobei in einer ersten Schaltposition die Leuchtfeldblende in die Objektebene und die Glühwendel der Lichtquelle auf die Netzhaut des Auges abgebildet wird. In wenigstens einer weiteren Schaltposition kann das Bild der Glühwendel in die Abbildungsebene der Leuchtfeldblende verlagert werden. Um eine stereoskopische Beleuchtung zu gewährleisten, wird der Beleuchtungsstrahlengang physikalisch mit einem Strahlteiler aufgeteilt, um das Licht in die Nähe der optischen Achsen der Beobachtungsstrahlengänge zu führen.
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Der bei einer Kataraktoperation erwünschte Red-Reflex kann in komplizierten Fällen, beispielsweise verursacht durch eine starke Pigmentierung des Patientenauges, eine kleine Pupille oder einen Katarakt hohen Grades, nicht so stark ausgeprägt sein, wie dies für einen Chirurgen wünschenswert ist. Der Red-Reflex kann in derartigen Fällen derart schwach ausgeprägt sein, dass das zu operierende Auge speziell ausgerichtet werden muss, um Reste der während der Operation zerstörten Augenliste erkennen und entfernen zu können.
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Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Beleuchtungseinrichtung für ein Operationsmikroskop derart auszubilden, dass ein Red-Reflex auch bei den erwähnten schwierigen Operationsbedingungen in effizienter Weise bereitstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein entsprechendes Stereomikroskop mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11.
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Mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung kann gegenüber herkömmlichen Red-Reflex-Beleuchtungssystemen eine signifikante Effizienzsteigerung realisiert werden, wobei insgesamt auch die auf ein zu operierendes Auge einwirkende Lichtmenge reduziert wird, wodurch längere Operationsdauern möglich sind, ohne das Auge zu beschädigen. Erfindungsgemäß wird im wesentlichen das gesamte Licht, das auf das zu operierende Auge auftrifft, zur Generierung des Red-Reflexes eingesetzt.
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Beispielsweise kann auf ein herkömmlicherweise verwendetes Streufilter, das eine unscharfe Abbildung der Glühwendel der verwendeten Lichtquelle auf die Netzhaut durch Eliminierung von Leuchtdichtemaxima ermöglicht, verzichtet werden, da die erfindungsgemäß eingesetzte Optik keine scharfe Abbildung der Glühwendel auf die Netzhaut verursacht.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Jedes Loch der Aperturblende weist bevorzugt einen (gleichen) Durchmesser und einen gleichen Abstand zur optischen Achse der Beleuchtungseinrichtung auf.
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Es ist besonders vorteilhaft, dass der Abstand jedes Loches der Aperturblende zur optischen Achse einstellbar ausgebildet ist. Hiermit ist die Stereobasis der Beleuchtungsstrahlengänge einstellbar, und optimal auf die Beobachtungsstrahlengänge bzw. die Stereobasis der Beobachtungsstrahlengänge des Mikroskops anpassbar.
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Es ist ferner vorteilhaft, den Durchmesser der Löcher der Aperturblende variabel bzw. einstellbar auszubilden. Hiermit kann die auf das zu beobachtende Auge auftreffende Lichtmenge optimal eingestellt werden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung weist diese, einen mit der Lichtquelle zusammenwirkenden Kugelhohlspiegel auf. Mittels Einsatzes eines derartigen Kugelhohlspiegels kann, ohne die Notwendigkeit einer zweiten Lichtquelle, die Beleuchtungsstärke der Lichtquelle effektiv verdoppelt werden. Dadurch, dass auf eine zweite Lichtquelle verzichtet werden kann, ist eine besonders kompakte Bauweise möglich.
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Hierbei erweist es sich als besonders günstig, die Lichtquelle um einen bestimmten Betrag dezentriert zur optischen Achse des Beleuchtungsstrahlenganges anzuordnen. Durch Spiegelung an dem Kugelhohlspiegel erhält man hiermit in der Ebene der Lichtquelle eine Abbildung der Lichtquelle, welche bezüglich der optischen Achse in umgekehrter Richtung um den gleichen Betrag dezentriert ist.
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Zweckmäßigerweise ist zwischen dem Konsensor-Linsensystem und dem Objektiv ein Strahlenteiler angeordnet. Dieser Strahlenteiler ist bevorzugt als physikalischer Strahlenteiler ausgebildet. Mittels eines derartigen Strahlenteilers können Beleuchtungsstrahlengänge und Beobachtungsstrahlengänge einander im Wesentlichen überlagert werden.
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Mittels Einsatzes eines derartigen Strahlenteilers ist insbesondere eine 0°-Beleuchtung bzgl. der Beobachtungsstrahlengänge realisierbar.
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Es erweist sich als zweckmäßig, zusätzlich zu einer derartigen 0°-Beleuchtung (zur optimalen Beobachtung des Red-Reflexes) zusätzlich eine Umgebungsbeleuchtung, insbesondere eine 6°-Beleuchtung, vorzusehen. Zweckmäßigerweise kann die Beleuchtungseinrichtung zwischen 0°- und 6°-Beleuchtung hin- und her geschaltet werden, wobei selbstverständlich auch eine gleichzeitige 0°- und 6°-Beleuchtung möglich ist.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ist zwischen Kollektor-Linsensystem und Aperturblende eine Leuchtfeldblende vorgesehen. Mittels einer derartigen Leuchtfeldblende ist das Leuchtfeld in der Objektebene scharf begrenzbar, wodurch beispielsweise durch die Sklera des Patientenauges verursachte, unerwünschte weiße Reflexe, welche für einen Operateur störend sind, vermieden werden können. Die Leuchtfeldblende ist in der Brennebene des Kondensor-Linsensystems angeordnet.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht mehr in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigt
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1 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung mit dazugehörigen Strahlengängen in einer vereinfachten Schnittdarstellung,
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2 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäß einsetzbare Aperturblende, und
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2 eine der 1 entsprechende Schnittdarstellung, mit der die bevorzugte Abbildung der Leuchtfeldblende in das Leuchtfeld verdeutlicht wird.
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In 1 ist der Beleuchtungsstrahlengang gemäß der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung für ein Stereomikroskop in gestreckter Form dargestellt. D.h. in der Realität ist der Strahlenteiler 20 unter einem Winkel von 45° in den Strahlengang eingebracht, wie weiter unten im Einzelnen noch erläutert wird. Typischerweise erfolgt z. B. die Einstrahlung von Beleuchtungslicht zunächst i. w. waagerecht (Komponenten links von Umlenkelement 20 in 1) links von Umlenkelement 20, und nach Umlenkung i. w. senkrecht (Komponenten rechts von Umlenkelement 20).
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Die dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung ist insgesamt mit 100 bezeichnet. Es sei darauf hingewiesen, dass nur die zur Erläuterung der Erfindung wesentlichen Komponenten dargestellt sind. Auf die Darstellung von Umlenkprismen, welche zusätzlich zum Strahlenteiler 20 zum Bewirken einer Umlenkung des Strahlengangs eingesetzt werden können, ist aus Gründen der Übersichtlichkeit der Darstellung in 1 verzichtet.
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In einer Ebene E0 ist eine Halogenglühwendel als Lichtquelle 10 innerhalb eines Glaszylinders 12 angeordnet. Wie aus 1 ersichtlich, ist die Halogenglühwendel 10 bezüglich der optischen Achse 1 um den Betrag x (in der Darstellung der 1 bezüglich der optischen Achse eins nach unten) dezentriert angeordnet.
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In einer Ebene E-1 (in der Darstellung der 1 links von der Ebene E0) ist ein Kugelhohlspiegel 8 vorgesehen. Durch Spiegelung an diesem Kugelhohlspiegel 8 wird die Halogenglühwendel 10 zurück in die Ebene E0 abgebildet, jedoch mit einer bezüglich der optischen Achse entgegengesetzten Dezentrierung (Betrag x oberhalb der optischen Achse).
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Somit wird die in der Ebene E0 vorgesehene Halogenglühwendel direkt und andererseits indirekt über den Kugelhohlspiegel 8 durch ein Kollektor-Linsensystem 14 in eine Ebene E9 abgebildet. Der Übersichtlichkeit halber ist lediglich die direkte Abbildung der Halogenglühwendel mit ihrem optischen Strahlengang in 1 dargestellt. Die indirekte Abbildung verläuft spiegelsymmetrisch zur optischen Achse 1. Durch diese Maßnahmen kann die Beleuchtungsstärke effektiv verdoppelt werden, ohne eine weitere Halogenglühwendel vorsehen zu müssen.
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In der Ebene 9 ist als Aperturblende eine Doppellochblende 16 angeordnet. Diese Aperturblende 16 ist in 2 dargestellt, und weist wenigstens zwei Löcher 16a, 16b auf, welche jeweils einen Durchmesser d besitzen und einen Abstand a/2 von der optischen Achse besitzen. Der Abstand der Mittelpunkte der Löcher 16a, 16b beträgt somit a.
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Die Löcher 16a, 16b sind rein schematisch (der Anschaulichkeit halber um 90° verdreht) in 1 dargestellt.
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Das Kollektor-Linsensystem 14 bildet die Halogenglühwendel 10 in die Ebene E9 an die Stelle des Loches 16a der Aperturblende 16 ab. In analoger Weise wird das mittels des Kugelhohlspiegels 8 erzeugte Bild der Halogenglühwändel 10 in der Ebene E0 auf das zweite Loch 16b der Aperturblende 16 abgebildet.
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Die als Doppellochblende ausgebildete Aperturblende 16 dient zunächst somit zur mechanischen (oder geometrischen) Separierung von zwei Beleuchtungsstrahlengängen, welche als stereoskopische Strahlengänge ausgebildet sind, wie im folgenden weiter erläutert wird. Auf eine physikalische Separierung der Beleuchtungsstrahlengänge, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann somit verzichtet werden. Hierdurch können Absorptionsverluste, die herkömmlicherweise bei Verwendung eines physikalischen Strahlenteilers auftreten, vermieden werden.
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Die Aperturblende 16 dient auch zur Eliminierung ungewünschter Streulichtquellen.
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Nach Durchgang durch die Aperturblende 16 treffen die Strahlengänge auf ein Kondensor-Linsensystem 18, welches die Ebene E9 virtuell in die Brennebene des Objektivs 22 abbildet. Somit liegt zwischen dem Objektiv 22 und dem in Ebene E19 angeordneten Patientenauge ein kollimierter Lichtstrahl bzw. Beleuchtungsstrahlengang vor. D.h., insgesamt wird die Lichtquelle 10 ins unendliche abgebildet und mittels der in einer Ebene 19 (Objektebene) angeordneten Augenlinse auf die Netzhaut des zu beobachtenden bzw. operierenden Patientenauges abgebildet. Dieser Strahlenverlauf erzeugt scharf definierte Lichtpunkte auf der Netzhaut des Patientenauges, das notwendig und gewünscht ist, um einen hohen Kontrast innerhalb des Kapselsackes (Umhüllung der Augenlinse) zu erzeugen.
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Zur Bereitstellung eines möglichst guten Red-Reflexes ist eine koaxiale Beleuchtung notwendig, d.h. die optische Achse 1 des Beleuchtungsstrahlengangs soll der optischen Achse des Beobachtungsstrahlengangs möglichst überlagert sein. Kleine Abweichungen, beispielsweise von bis zu 2°, insbesondere von 0,5°–1,5°, sind hierbei unbeachtlich und vermindern nicht oder kaum die Qualität des Red-Reflexes. Die Umsetzung dieser Anforderung erfolgt durch den bereits erwähnten Strahlenteiler 20, dessen Teilerverhältnis (Reflexion zu Transmission) beispielsweise 20 zu 80 sein kann. Bei der Auswahl des Reflexions- und des Transmissionsanteils besteht eine Austauschbeziehung zwischen einer ausreichenden Lichtstärke, die zum Patientenauge geführt wird, und einer möglichst großen Lichtstärke, die vom Patientenauge durch das Mikroskop zum Auge des Betrachters (Operateurs) geführt wird. Je höher der Reflexionsanteil des Strahlenteilers 20, desto mehr Licht gelangt von der Lichtquelle 10 zum Patientenauge, wobei gleichzeitig weniger Licht vom Patientenauge durch das Mikroskop zum Operateur gelangt.
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Im folgenden wird noch einmal unter Bezugnahme auf die 2 auf besondere Eigenschaften bzw. Variationsmöglichkeiten der Aperturblende 16 eingegangen.
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Bei Vorsehen lediglich der bereits diskutierten Löcher 16a, 16b stellt die Aperturblende 16 eine Doppellochblende dar. Durch Vorsehen weiterer Löcher 16c, 16d (in der 2 gestrichelt dargestellt) wird eine Vierlochblende oder eine "Doppel-Doppellochblende" zur Verfügung gestellt. Mittels einer derartigen Ausgestaltung kann auch für einen zweiten Beobachter (Assistent des Operateurs) ein ausgezeichneter Red-Reflex erzeugt werden, indem die so bereitstellbaren zusätzlichen Beleuchtungsstrahlengänge mit den Beobachtungsstrahlengängen für den Assistenten überlagert werden.
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Durch Verändern des Durchmessers d der Löcher der Aperturblende 16 ist auch der Durchmesser der jeweiligen Lichtpunkte auf der Netzhaut des Patientenauges veränderbar. Gleichzeitig ist hierdurch auch die Lichtmenge, die auf das Patientenauge geführt wird, variierbar. Zweckmäßigerweise sind daher die Löcher der Aperturblende 16 mit variablem Durchmesser ausgestattet, so dass ein Operateur und/oder ein Assistent vor oder während der Operation eine optimale Anpassung der Aperturblende an die konkreten Gegebenheiten durchführen kann.
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Ferner kann der Abstand a zwischen den beiden Löchern 16a, 16b bzw. der entsprechende Abstand zwischen den Löchern 16c, 16d variabel ausgestaltet sein. Mit Variation dieser Abstände kann die Stereobasis der beiden Beleuchtungsstrahlengänge eingestellt und möglichst genau an die Stereobasis der entsprechenden Beobachtungsstrahlengänge angepasst werden.
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Als besonders vorteilhaft erweist es sich, eine weitere Blende in einer Ebene E8 zwischen dem Kollektor-Linsensystem 14 und der Aperturblende 16 vorzusehen. Hierbei handelt es sich um eine Leuchtfeldblende 15. Mit Bereitstellung einer derartigen Leuchtfeldblende in der Ebene E8 ist eine Köhlersche Beleuchtung realisiert. Die Leuchtfeldblende 15 (und somit die Ebene E8) befindet sich in der Brennebene des Kondensor-Linsensystems 18, wodurch eine Abbildung der Leuchtfeldblende ins unendliche erzeugt wird. Mit Bereitstellung der Leuchtfeldblende 15 ist gewährleistet, dass das Objektiv 22 ein scharf begrenztes Leuchtfeld in der Ebene E19 erzeugt. Hierdurch kann das Leuchtfeld z. B. so gewählt werden, dass von der Sklera verursachte, weißen Reflexe, welche für den Operateur störend sind, vermieden werden können.
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In 3 ist die bevorzugte Abbildung der Leuchtfeldblende 15 in das Leuchtfeld in der Ebene E19 (Hornhautebene des Patientenauges) noch einmal dargestellt. Man erkennt den von der Leuchtfeldblende 15 in der Ebene E8 ausgehenden Lichtstrahl. Die Leuchtfeldblende 15 liegt, wie bereits erwähnt, in der Brennebene des Kondensor-Linsensystems 18. Nach Durchgang durch das Kondensor-Linsensystem 18 bewirkt das Objektiv 22 eine scharfe Abbildung in die Ebene 19. Insgesamt ergibt sich das bereits erwähnte scharf begrenzte Leuchtfeld in der Ebene E19.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wie sie in den 1 und 3 dargestellt ist, besteht das Kondensor-Linsensystem 18 aus drei Linsen, und das Objektiv 22 aus zwei Linsen. Selbstverständlich sind Ausführungsformen mit unterschiedlichen Anzahlen von Linsen möglich bzw. einsetzbar.
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In der Darstellung der 3 ist zwischen der ebenfalls dargestellten Aperturblende 16 und dem Kondensor-Linsensystem 18 ein Prisma oder Prismensystem 26 dargestellt, mit dem der Beleuchtungsstrahlengang bereits vor Auftreffen auf den in 1 dargestellten Strahlenteiler 20 umlenkbar und/oder einschnürbar ist. Die Verwendung eines derartigen Prismas oder Prismensystems 26 ist optional. Vorteilhafterweise dient es zur präzisen Führung des Beleuchtungsstrahlenganges. Das Prisma oder Prismensystem 26 ist, analog zur Darstellung des Strahlenteilers 20 in 1, in gestreckter Form dargestellt. Der Strahlenteiler 20 ist in 3 nicht dargestellt.
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Wie bereits oben erwähnt, wird die Halogenglühwendel zunächst in die Ebene E9 der Aperturblende 16 abgebildet. Diese Abbildung erfolgt derart, dass die in der Halogenglühwendel festzustellenden Leuchtdichteunterschiede (zwischen Leuchtdichtemaxim und Leuchtdichteminima) reduziert sind. Insbesondere sind die Leuchtdichtemaxima in ihrer Lichtstärke reduziert. Da die Ebene E9 mit der Netzhaut des Patientenauges konjugiert ist, und sich somit auch auf der Netzhaut die Leuchtdichtemaxima reduzieren, könnte auf ein Streufilter, welches bei herkömmlichen Beleuchtungseinrichtungen Verwendung findet, verzichtet werden. Es ist jedoch bevorzugt, ein derartiges Streufilter einzusetzen, welches z. B. im Kollektor-Linsensystem angeordnet werden kann. Die Effizienz des Beleuchtungsstrahlengangs wird hierdurch signifikant erhöht.
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Vorteilhafterweise sind zwischen der Lichtquelle 10 und dem Strahlenteiler 20 (in 1 nicht dargestellte) Streulichtblenden vorgesehen. Hiermit kann vermieden werden, dass die Beobachtungsstrahlengänge von den ihnen überlagerten Beleuchtungsstrahlengängen negativ beeinflusst werden.
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Zweckeckmäßigerweise ist, zusätzlich zu der dargestellten Red-Reflex-Beleuchtung, eine Umgebungsbeleuchtung vorgesehen, welche ebenfalls als Köhlersche Beleuchtung ausgebildet sein kann. Die optische Achse dieses von der Red-Reflex-Beleuchtung separierten Strahlenganges bildet mit der optischen Achse des Beobachtungsstrahlenganges typischerweise einen Winkel von ca. 6°. Sie wird daher auch 6°-Beleuchtung genannt.
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Bezugszeichenliste
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- E-1, E0, E8, E9, E19
- Ebenen auf der optischen Achse
- 1
- optische Achse
- 10
- Lichtquelle (Halogenglühwendel)
- 12
- Glaszylinder
- 14
- Kollektor-Linsensystem
- 16
- Aperturblende
- 16a, 16b, 16c, 16d
- Löcher in Aperturblende
- 18
- Kondensor-Linsensystem
- 20
- Strahlenteiler
- 22
- Objektiv
- 26
- Prisma (Prismensystem)
- 100
- Beleuchtungseinrichtung
- a
- Abstand Löcher der Aperturblende
- d
- Durchmesser Löcher der Aperturblende
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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